ساختار فیبر نوری – سینگل و مالتی

ساختار فیبر نوری – سینگل و مالتی ،‌فیبر نوری نوعی بستر ارتباطی است که سیگنال های نوری را به شکل پالس نوری در تاری که از شیشه بسیار خالص یا پلاستیک ساخته شده و از مو نازک تر است را انتقال می دهد. نور در “مرکز” فیبر که “هسته” CORE نام دارد هدایت می شود. هسته توسط ماده ای که هدایت کننده نور میباشد احاطه شده است که به نام “روکش”  یا کلد فیبر نوری در ساختار فیبر نوری شناخته میشود و با استفاده از یک تکنیک نوری به نام ” انعکاس کامل داخلی total internal reflection” ، نور را در هسته به دام می اندازد و هدایت می نماید. هسته و کلد فیبر نوری خود تحت پوششی به نام “بافر” قرار می گیرند و بافر وظیفه محافظت از فیبر در برابر رطوبت و آسیب های فیزیکی را دارد. پوشش بافر در اولین لایه لخت کردن با استریپر Stripper یا برداشتن روکش اولیه جهت فیوژن فیبر نوری از آن جدا می شود.

ساختار فیبر نوری – سینگل و مالتی

 

ساختار فیبر نوری

 

هسته و روکش کلد در صورت رعایت استاندارد از شیشه خالص ساخته میشوند، اگرچه برخی از تارهای فیبر تماما از پلاستیک یا با هسته شیشه ای و روکش کلد پلاستیکی ساخته شده اند. هسته به گونه ای طراحی شده است که از ضریب شکست نور بالاتری برخوردار باشد، ضریب شکست یک پارامتر نوری است که اندازه گیری سرعت نور در مواد هسته نسبت به روکش را بر عهده دارد و باعث می شود “انعکاس کامل داخلی” در به  دام افتادن موفق نور در هسته تا یک زاویه خاص صورت گیرد و “دیافراگم عددی “numerical aperture”” فیبر را تعریف نماید.

 

تار فیبر نوری شیشه ای با یک پوشش پلاستیکی محافظ به نام “پوشش اولیه بافر” که از تار فیبر در برابر رطوبت و سایر آسیب ها محافظت می شود ، پوشیده شده است. محافظت های بیشتری نیز توسط ساختارهای “کابل” فراهم می شود که دارای لایه های محافظتی و اعضای استحکام پوشش و محافظت بیرونی به نام “ژاکت” می باشند.

 

انواع فیبر نوری

مالتی مود Multimode و سینگل مود Singlemode ، اندازه هسته / روکش کلد

 

فیبر نوری در دو نوع مالتی مود (چند حالته) و سینگل مود ( تک حالته ) تولید می گردد، منظور از حالت، حالت انتقال پرتو نور یا پرتوهای نور در محور هسته فیبر نوری می باشد. در دسته بندی فیبر نوری مالتی مود، فیبر های نوری بر أساس ساختار هسته به دو نوع ( مالتی مود با شاخص پله ای و مالتی مود با شاخص درجه بندی شده ) تقسیم میشوند، دسته بندی دیگر مربوط به اندازه هسته / روکش کلد بوده که قطر بر اساس میکرون یا میکرومتر μm  می باشد که در مالتی مود در دو نوع  50/125μm و  62/125μm می باشد و در نوع سینگل مود قطر هسته بین 8 تا 10 میکرون بوده و بر اساس استاندارد به شکل  μm 9/125 میکرون نمایش داده میشود.

 

 

فیبر نوری مالتی مود Multimode دارای هسته بزرگتری نسبت به سینگل مود  Singlemode  می باشد و حاصل این هسته بزرگتر حرکت پرتوهای نوری در حالت های تابشی مختلف است، فیبر نوری مالتی مود از انتقال چندین حالت (اشعه) نور پشتیبانی می نماید. شاید شما تصور کنید که پرتوهای با حالت های بیشتر، در انتقال کارآمد نور تاثیر به سزایی دارند و این نوعی برتری محسوب می شود، این تصور اشتباه است، فیبر نوری مالتی مود هیچ برتری خاصی نسبت به نوع تک حالته یا سینگل مود ندارد و حتی از نوع تک حالته بسیار ضعیف تر و ناکارآمدتر است، دانش صنعت نوری تا به امروز موجب پیشرفت بسیار گسترده تری در نوع فیبر نوری سینگل مود گردیده و همینطور نوع مالتی مود نیز از این پیشرفت بی نصیب نبوده تا جایی که امروزه فیبر نوری OM4 و حتی OM5 با فناوری تقسیم طول موج کوتاه به اصلاح Shortwave Wavelength Division Multiplexing ارائه میگردند اگرچه محدودیت مسافت را همچنان دارا بوده و عملکرد مناسبی نیز از لحاظ افت نوری ندارند. در صورتی که نوع سینگل مود نه تنها محدویت مسافت ندارد بلکه قابلیت پشتیبانی از طول موج های بسیار گسترده تر را به دلیل تک حالته بودن حرکت پرتو نور فراهم می آورد، شاید برای درک مطلب باید اطلاعات فنی بیشتری در مورد ماهیت حرکت نور و روش های انتشار نور مطرح شود. فیبر نوری مالتی مود Multimode بیشتر با استفاده از منابع LED در طول موجهای 850 و 1300 نانومتر (برای شبکه های محلی (LAN)) و لیزرهای 850 نانومتری سری (VCSELs) و لیزرهای 1310 نانومتر (لیزرهای Fabry-Perot) برای شبکه هایی که جهت انتقال دیتا با سرعت های گیگابیت در ثانیه مورد کاربری قرار میگیرند، ارائه میگردند.

 

1300 یا 1310 ناتومتر؟

صنعت فیبر نوری به گونه ای از کلمه های فنی و سنتی که اغلب در معنا نیز مبهم می باشند پر شده است. 1300 و 1310nm نامتر نیز به ابتدا داستان صنعت بازمیگردد. لیزر سورس های شرکت AT&T به عنوان اولین شرکت در زمینه بکارگیری انتقال نوری در اوایل بکارگیری صنعت فیبر نوری مخابرات بیشتر در دامنه 1310nm نانومتر عملکرد داشتند اما دامنه واقعی این عملکرد بین 1290 تا 1330  نانومتر بود، بدین ترتیب نامگذاری 1310 نانومتر در صنعت پذیرفته شد. LED های دارای خروجی با طیف گسترده تر و متنوع تر (1260-1350nm با عرض طیف بین 60-150nm بسته به طراحی و تولید) به عنوان دستگاه های 1300nm شناخته شدند.

 

بعد ها اکثر سازمان های استاندارد از جمله سازمان NBS که امروزه به نام  NIST شناخته میشود و همانند TIA استاندارد کالیبراسیون را برای پاورمیتر های فیبر نوری تعریف مینماید، از طول موج های کالیبره بین پاورمیتر و سورس نوری در طول موج های  850 ، 1300 و 1550 نانومتر استفاده نموده اند و بنابراین ، کالیبراسیون پاور میتر متر در طول موج های اشاره شده مورد تست و اندازه گیری تعریف گشت، اگرچه برخی از تولید کنندگان هر دو طول موج های 1300 و 1310 را بیان می نمایند یا آن را به شکل  1300/1310 در اطلاعات فنی نمایش می دهند، در نظر داشته باشید که این یک تفاوت بی ربط به کالیبراسیون می باشد.

 

فیبر نوری

 

 

فیبر نوری پلاستیکی (POF) فیبری با هسته بزرگ (حدود 1 میلی متر) است که معمولاً ایندکس یا شاخص آن پله ای است که برای شبکه های با سرعت کم و یا تجهیزات صنعتی یا تجهیزات پزشکی و آرایشی استفاده می شود.

 

PCS / HCS ( پلاستیک plastic یا  سیلیس با روکش سخت hard clad silica ، روکش پلاستیکی روی یک هسته شیشه ای) دارای یک هسته شیشه ای کوچکتر (حدود 200 میکرون) و روکش کلد پلاستیکی نازک است.

 

ضریب شکست

 

 

انواع فیبر. در سمت چپ ترسیم قطر هسته / روکش کلد قرار دارد. قسمت سمت راست ترسیم نمایه فیبر را نشان می دهد. نمایه شاخص یا شاخص نسبی انکسار یا شکست نور در مواد مورد استفاده در ساخت فیبر نوری را نشان می دهد.

 

بازتابش کلی

 

شاخص شکست یا انکسار در شیشه یا هر ماده ای که توانایی انتقال نوری را دارد در واقع اندازه گیری میزان سرعت نور در آن ماده یا شیشه است و تغییرات در ضریب شکست همان چیزی است که باعث خم شدن نور و شکست آن می شود.

بر این اساس فراتر از یک زاویه مشخص ، شکست نور باعث می شود که نور از سطح منعکس شود. فیبر نوری با استفاده از مواد هسته و روکش کلد با شاخص مناسب شکست ، از این بازتاب برای به دام انداختن نور در هسته فیبر استفاده می نماید که اگر زاویه نور کمتر از یک زاویه خاصی باشد ، باعث بازتاب همه نور موجود می شود. ما آن را ” کل بازتاب داخلی” یا بازتابش کلی می نامیم.

 

حرکت نور در فیبر نوری

با توجه به مطالب ذکر شده برای هر فیبر زاویه ای مشخص وجود دارد که کل بازتاب داخلی را تعیین می نماید. در زاویه های بالاتر پرتوی نور از بین می رود اما نه تمامی آن بلکه مقداری از آن در روکش کلد فیبر از بین خواهد رفت. در شرایط کمتر از این زاویه،  نور دوباره به هسته فیبر بازتاب یافته و به انتهای فیبر منتقل می شود. زاویه کل بازتاب داخلی “دیافراگم عددی” (NA) فیبر را  نیز مشخص می نماید ، و در مشخصات یک کابل فیبر نوری استاندارد حتما درج شده است.

 

اطلاعات بیشتر در مورد کابل های فیبر نوری :


link

تجهیزات فیبر نوری:

link

 

با سپاس فراوان

مجتبی منتخبی

 

دیدگاه‌ها (4)

*
*

    مهتاب پاسخ

    کدام طول موج سرعت بیشتری دارد؟